Metabolism of flavan-3-ols by the human gut microbiota : unraveling of bacterial species and genes involved

Les flavan-3-ols font partie des polyphénols les plus consommés par l’Homme et sont présents sous la forme de monomères et d’oligomères tels que les procyanidines. La majorité des flavan-3-ols transite vers le côlon où réside le microbiote intestinal. Alors que les voies métaboliques de dégradation des flavan-3-ols par le microbiote sont relativement bien décrites, les microorganismes et les gènes microbiens impliqués dans ces voies sont très peu connus. L’objectif de la thèse était donc d’identifier les microorganismes et les gènes impliqués dans la dégradation des flavan-3-ols et en particulier des procyanidines. A partir de selles humaines de trois individus sains, des approches de culturomique combinées à un criblage de l’activité métabolique des isolats bactériens par HPLC-DAD ont permis d’obtenir quatre souches de l’espèce Eggerthella lenta et une souche de l’espèce Flavonifractor plautii capables de dégrader la (+) catéchine et la (-) épicatéchine. L’activité de ces souches a ensuite été testée sur les procyanidines de type B (DP2 à 4) et A (DP2) et les métabolites générés ont été caractérisés par LC-ESI-MS/MS. Nous avons ainsi montré pour la première fois que E. lenta est capable de dégrader les procyanidines. La réaction catalysée par E. lenta, validée sur les dimères, correspond à l’ouverture du cycle C de l’unité terminale. Par une approche transcriptomique (RNAseq) réalisée chez E. lenta, couplée à l’expression hétérologue des gènes d’intérêt chez Escherichia coli, nous avons mis en évidence deux gènes (fmber1, fmber2) codant deux benzyl ether reductases impliquées dans l’ouverture du cycle C des monomères et un opéron de deux gènes (pber) catalysant cette réaction sur les dimères de procyanidines de type B. Enfin, deux opérons de trois gènes (cadh, ecadh) codant deux complexes enzymatiques impliqués dans la déshydroxylation du cycle B de la (+) catéchine et de la (-) épicatéchine ont aussi été identifiés. En conclusion, les espèces E. lenta et F. plautii, ainsi que les gènes identifiés dans cette étude, constitueront à l’avenir de bons marqueurs du métabolisme microbien des flavan-3-ols chez l’Homme. Ceci permettra à terme de mieux appréhender les effets de la consommation des flavan-3-ols chez les individus en bonne santé ou à risque de maladies chroniques.Flavan-3-ols are among the most consumed polyphenols by humans and are present as monomers and oligomers such as procyanidins. The majority of flavan-3-ols reach the colon where the intestinal microbiota resides. While the metabolic pathways for the degradation of flavan-3-ols by the microbiota are relatively well described, only a few microorganisms and microbial genes involved in these pathways are known. The objective of the thesis was therefore to identify the microorganisms and genes involved in the degradation of flavan-3-ols and in particular procyanidins. From human stools of three healthy individuals, culturomic approaches combined with screening for the metabolic activity of bacterial isolates by HPLC-DAD allowed us to obtain four strains of the species Eggerthella lenta and one strain of the species Flavonifractor plautii degrading (+)-catechin and (-)-epicatechin. The activity of these strains was then tested on B-type (DP2 to 4) and A-type (DP2) procyanidins and the metabolites generated were characterized by LC-ESI-MS / MS. We have thus shown for the first time that E. lenta degrades procyanidins. The reaction catalyzed by E. lenta on dimers (B-type and A type), corresponds to the opening of the C-ring of the terminal unit. By a transcriptomic approach (RNAseq) carried out in E. lenta, coupled with the heterologous expression of the genes of interest in Escherichia coli, we have discovered two genes (fmber1, fmber2) encoding two benzyl ether reductases involved in the opening of the C ring of the monomers and an operon of two genes (pber) catalyzing this reaction on the dimers of type-B procyanidins. Finally, two operons of three genes (cadh, ecadh) encoding two enzymatic complexes involved in the dehydroxylation of the B-ring of (+)-catechin and (-)-epicatechin have also been identified. In conclusion, the species E. lenta and F. plautii, as well as the genes identified in this study, will constitute good markers of the microbial metabolism of flavan-3-ols in humans in the future. This will ultimately allow a better understanding of the effects of the consumption of flavan-3-ols in individuals in good health or at risk of chronic diseases